埼玉県公害センター研究報告〔14〕83∼89（1987）ゲルクロマトグラフィーにおけるUV、TOCデータの連続同時測定とその適用八巻さゆり野尻喜好増田武司要旨ゲルクロマトカラムからの溶出液を分光光度計、全有機炭素計へ送り、一定時間間隔の紫外部吸光度（UV）、全有機炭素量（TOC）測定データをデータロガー、クロマトパック等を用いてコンピューターに取り込み、データファイルを作成し、さらにプロックーでクロマトグラムを作図するシステムを作成した。従来の操作に比べ、低濃度の試料についても高精度で、迅速簡単な刺定が可能であり、ゲルクロマトカラムで分離を始めてから約7時間でUV、TOCのクロマトグラムを書き出すことができた。また、このシステムを利用し、ゲルクロマトグラフィーを用いて、汚濁河川における浄化実験やし尿処理水の高度処理効果に関する評価を行った。 1 緒看釆の方法に比較して低濃度で精度よく迅速簡単に測定環境水中の有機物の指標としては、一般にBOD、することが可能になったので紹介する。また、このシ COD、あるいはTOCなどが用いられている。しかし、ステムで測定した結果を用いて、汚濁河川での礫間接これらは有機物量を全体的に捉えて一つの数値で表現触酸化法を用いた浄化実験の効果の解析やし尿処理水しており、組成についての情報は得られない。そこで、の高度処理に関する評価を試みたので報告する。近年、ゲルクロマトグラフィーを用いて環境水中の有機物分子量を分画し、各分画について、TOC、UVなどを測定することにより、有橙物を二次元自勺に評価す 2 装置の構成本案験で作成Lたシステムの概要を図1に、また、る手法が、下水の処理過程の評価、河川水の自浄作用の解明など数多くの研究に用いられてきているl￣4）。しかし、この手法を用いる場合、一般的には、ゲル使用した主な装置音義1に示した。システムの各部についての説明を以下に記す。タロマトカラムからの溶出液をフラクションコレクターで分取した後にTOC、UVを測定するため、分取 2・1 ゲルタロマトカラム量を少なくLて測定精度を上げようとすると測定に時使用したカラムは、内径2．6c皿長さ100cmのガラス製間がかかる、また、試料の有樟物が低濃度の場合は刺産前のコンタミネーションが起こりやすい。一方、試で、カラムジャケットの水は恒温式循環水槽につなぎ 250Cに設定した。試料の注入及び溶離頑迷入の流量制料の濃縮倍率を上げると、その過程で有機物の変性が御ほ、ペリスタポンプPlにより行った。Plはギア交生じる危険性がある。換により流量を選択するタイプで、1．5訊g／分の安定そこで、今回、既存のUV計、TOC計、TOC自動試料注入装置、データロガー、パソコン等を用いて、した流量が得られた。ゲルの圧縮、流量の低下を防ぐために上向法で流出させた。ゲルクロマトグラフの溶出疲のUV、TOCデータサンプリングを自動化し、データ処理、クロマトグラムの 2・2 紫外部吸光度測定作図まで連続して行うシステムを構成したところ、従ー83− ゲルクロマトカラムからの溶出疲の紫外部220nm ニーポリエチレンチューブアナロク信号ケーブルニ⊥一二 RS−232Cケーブル P C s：サンプル、E：腐離慮、Pl、P2：ペリスタポンプ、C‥G25カラム、V3：3方ハルフ／十」 uvl、UV2：分光光度計、TOC‥全有機炭素計（自動庄入装置仰、DL：チータロカー IF：RS−232CインターフユMス、RC‥記録計、CR＝クロマトパブク、HC‥ハントヘルトコンピュータ PC：パーソナルコンビュ←タ、PL．プロノクー図1システムの概略表1主な使用装置ケルタロマトカラムファルマシア、Kカラムシステム（ジャケット付）分光光度計 UVl 島津、UV−120¶02 分光光度計 UV2 島津、UV−150−02 全有機炭素計島津、TOC−10B 自動試料注入装置AS圭一501 データロガ曲 A＆D，7ルテロギンダメ，タ AD−5311 尺S−232Cインターフェース A＆D、インターフェースアダプター AD−8522 クロマトバック島津、CR2A（Ⅹ）ハンドヘルドコンピュータ NEC、PC−8201 パーソナルコンピュータ NEC、PC¶9801VM2 プロ、ソクーグラフテック、マイプロ、ソトⅢ MP2000 と260nⅢの吸光度（A22。、A26。）を、分光光度計2 角型セルホルダーにマイクロフローセル（光路長10皿、台（UVl、UV2）を用いて測定したo 容量約0．4粛）を取り付けて使用した。UVl、UV2の UVlでは、カラムから溶出慮を導いてくるポリエチレンチューブをセミオートフローセルユニット（島フローセル間のチューブ容積は、約1．3粛で約50秒のタイムラグが生じている。津、SFU−120）の試料注入口に接続した。フローセルこのUVl、UV2の測定信号をモニターのためにレは光路長10mm、容量は約∩，36耶βであったn UV2ではコーダへ送ってチャートを記録すると共に、マルチロー84− ギングメータAD−5311で収集し、さらに、RS−232C ションコレクターに導入して他の項目の試験に供するを介してハンドヘルドコンピュータ（ハンドヘルド）か、メスシリンダーに入れて溶出量の確認に用いた。へ1分間隔でA22（】、A2b。のデータを転送し、UVデータファイルを作成した。 2・4 データ処理 2・3 TOC測定タファイルを、RS−232Cを介してパソコンへ転送しハンドヘルド上に作成したUV、TOCの2っのデー全有機炭素計の付加装置である自動試料注入装置を利用して自動測定を試みた。この装置はマイクロシリンジによる試料注入操作をロボット化したものである。た。このファイルを基に、境軸が溶出疲量（粛）、縦軸のプラス方向がUV（ABS）、マイナス方向がTOC （喝／ゼ）の標準的なクロマトゲラムをプロツターで作図した。UVl、UV2及びTOC間のタイムラグはここで補正した。 3 実験 3・1 試料の前処理試料は0．45／Jmのメンプレンフィルターで減圧あるいは加圧ろ過し、TOC、ICを個定した。その後、 TOC感度で約30mg／ゼ以上になるように、ロータリーエバボレークーを用いて360C以下で減圧濃縮し、再度0．4毎mのメンプレンフィルターでろ過して析出物を除去した。また、一般にゲルクロマトゲラフの溶出疲のTOC 測定は、フラクションコレクターで分取したものについてTC、ICを測定して求める方法と、ICを除去して直接TOCを測定する方法がある。しかし、今回の装置では、溶出疲を直接フローセルに受けてTOC測定を行うため、途中でICを除去することは困難であっ ′「分光光度計口V2 た。そこで、濃縮ろ過後の試料を微量の塩酸でpE4に調整し、減圧下で超音波による脱気処理を行うことに図2 TOCフローセルょりあらかじめ試料の二酸化炭素を除去した。そこで、図2に示すTOC用のマイクロフローセルを作成し、マイクロシリンジの試料採取部に取り付けた。 3・2 操作 UV2通過後の溶出液をセルの下端から取り込み、力ラムにSepbadexG−25，F主ne（ファルマシ7）巷セル槙の排出口に取り付けたポリエチレンチューブを約90cmの高さに常法に従って充填した5㌔溶出疲量とペリスタポンプP2につなげて排出させた。そして、分子量の関係を既知の分子量を持つ数種類のポリエチこのセル中の溶出慮を、約4分間隔で4恥必ずつマイレングリコールを用いてチェックした。排除限界は、クロシリンジで採取しTOCの自動連続測定を行った。分子量約2500−2800であった。溶離彼の水は、蒸留水 UV2とTOCのフローセル間のチューブ容積は約1．7粛をあらかじめ沸騰し、脱気したものを放冷して使用しで、約68秒のタイムラグが生じている。た。このTOC出力信号をタロマトパックで処理し、測測定前に、G−25カラムに癌離液を流速1．5耽β／分で定終了後、RS−232Cを介してハンドヘルドへ溶離時約1000粛流し、安定させる。また、この時、システム間、ピーク高さ等のデータを転送し、TOCデータファ全体に・も溶離疲を流し、洗浄する。UV計、TOC計はイルを作成した。ウォーミングアップを完了させておく。 TOCのフローセルを通過した溶出疲は、フラク − 85一三方バルブの上端に取り付けた10耽βのメスピペットから試料を注入する。ペリスタポンプをスタートしてム本体との吸着が多少生じたためと考えられる。ピー溶離を開始した時刻を溶離開始時刻とし、UV、TOC データの取り込みも同時に開始する。サンプルを10打諺クの形状から考えて、蒸留水、希硫酸を溶離液とした場合には、イオン排除効果に依存する物質がかなり多注入した時点で、ポンプを停止し三方バルブを溶離液いと考えられる。し尿処理水等についても溶離液の影側に切り替え、直ちにポンプを再スタートさせる。溶響を検討したところ、ほぼ同様の傾向が得られた。出液約500粛（′約5時間30分）でUV、TOC計、デーゲルの充填、安定化、試料の濃縮操作等の準備が完了していれば、1サンプルの測定からデータ解析まで 2 山臼∪雲二口竺芸タの取り込みを停止する。データファイルの転送を行い、ブロック一に作図、結果の解析を行う0 約7時間で行うことが可能であった。 0 4 測定例誌料中の無織塩感度が低い時は、酸性物質や塩基性物質がゲルの官能基（カルポキシル基等）の影響により分子ふるい効果以外の諸効果（イオン排除効果や吸着 5 5 ▲．環境試料にケルクロマトグラフィーを適用する場合、溶離膚は蕃留7kを用いるのが一般的である。しかし、つL ︵U 影響二＼賢一Uロト ”OU雲二田竺芸 4．1溶離液のゲルクロマトグラムに及ぼす効果）を受ける。これは、無機塩を加えイオン強度を 0 一定にする事により抑制されるが、溶出パターンが平滑化されパターン分析が困難になる傾向がある0 本システムを用いて、河川水（市野川、徒歩橋）に図3にそれぞれの溶離癌のゲルタロマトグラムを示す。TOCのクロマトグラムを見ると、蒸留水を溶離 JT 試料のTOCは27．4曙／居であった。 2 0 比較した。ろ過後のf引il水を10倍濃縮Lて試料とした0 5 ∈J 軋p王i3．3に調整Lた希硫酸溶液とした場合それぞれのクロマトグラムを刺左し、パターンに与える影響を〓＼冨岩2 ≡u重モ害毒っいて溶離慮を蒸留水、0．025M硫酸ナトリウム水溶疲とした場合ほ、排除限界の165粛付近から立ち上がっ爪U て290、355、390粛に鋭いピークを持つパターンを示す。希硫酸の場合は、蒸留水の場合とパターンは類似しているが、355現gと390打諺のピークがそれぞれ20招g程度低分子側へシフトする特徴がある。これは、イオン【 2．5 排除効果が多少抑制され、ゲルの粒子内部に進入した＼ロ ∈ 結果逆に吸着が生じたものと考えられる。溶離疲を硫酸ナトリウム水溶液とした場合、蒸留水で見られた 290、355、390粛の3つのピークが消失し、345肌β付近のブロードなピークとなり、クロマトグラムのテーリングも長い。これは、硫酸ナトリウムによってイオン強度が一定となり、イオン排除効果が抑制され、カラ − 86− −二二」 U ⊂〕トー 5 囲3 溶離液のゲルクロマトグラムに及ぼす影響試料：河川水（市野川、徒歩橋） 10倍濃縮氷果分酉己漕図4 実験施設の概要（7）より転載）昭和61年7月から昭和62年1月まで、生店排水によつL る汚濁の著しい不老川の狭山市商人曽において、埼玉 UOU雲二〇竺芸 4・2 汚濁河川での浄化実験効果評価県川越土木事務所が、礫間接触酸化方式を用いた浄化 0 実験を行った（図4）。7k路を1m幅で4つに区切り、庶人水量、曝気風量を変え、曝気付轢間接触法2系列、礫間接触法2系列の比較を行った7）。測定し、不老川原水（水量分配槽で採水Jと比較して礫間接触酸化店による河川水の溶解有機成分の除去特性を評価した。系列2は、流入水量600正／日で、礫 8 ﹂T つー轢問水路末端で採7机の検体のケルクロマトグラムを一† 上げ、2−1（第1礫問7k路末端で採水）、2−2（第2 二＼冒岩2 ：uヱJqm芸ここでは、曝気付轢間接触法を行った系列2を取り問水路前と水路中間の2ヶ所に設置された水槽で対水量5倍の曝気を受ける。検体は1月24日に採7kし、5 0 倍濃縮して試料とした。原水∴ 三ト1、2十2の試料の TOC濃度はそれぞれ63且50息61．9曙／居であった。きさほ殆ど変わらないが、300、340、380硯g付近のピーの生物酸化により生物易分解性の物質が分解したために300−380粛のピークが減少し、生物代謝の結果とし 8 ・▲・つl クが2−1でほ大きく減少L、また、排除限界付近（約 165適）のピークは増加している。これは、礫間接触一† 原水と2−1のTOCを比較すると、400粛のピークの大〓＼冒︼臼2 日臼uヱし害毒図5にそれぞれの試料のケルクロマトグラムを示す。て高分子物質が生産されて165磁のピークが増加したと考えられる。この高分子物質は好気性生物処理過程で中間代謝物質として生じる高分子多糖類と思われる2こ∃）。さらに、2−2のタロマトグラムを見ると2−1 と同様のパターンを示しており、165粛付近のピークが多少増加している。2−2は、2−1の処理の2倍の礫間接触距離があるが、クロマトグラムからは流下距離【 l ＼研 ∈ U ⊂∋ 卜 8 延長の効果はあまり認められなかった。第1水路（50 皿、約4時間）の滞留中に溶解性の生物易分解性の有職物質はかなり分解されたものと思われる。図5 不老川浄化実験施設の原水及び第2系列（Case2）のゲルクロマトグラム溶離液：蒸留水 −87− 4・3 し尿処理水の高度処理効果評価し尿処理工程における生物処理後の二次処理水に対れ108、53．5、83．4、48．0曙／居であった0 し、凝集あるいはオゾン酸化の高度処理実験を行い、す。二次処理水と凝集処理7kのTOCを比較すると、二次処理水、凝集処理水、オゾン酸化処理水、凝集＋凝集処理水では185、300粛付近のピークがはとんど消オゾン酸化処理水のゲルクロマトゲラムを用いて、そ失している。これは、凝集処理によって、二次処理水れぞれの処理効果を評価した。中の比較的高分子域の有機物が良く除去されたためと図6に、それぞれの試料のゲルクロマトグラムを示凝集処理は、凝集剤に硫酸アルミニウムを使用し、考えられる。また、400越前後の大きなA22（】のピーク pH5．5で行った。二次処理水1ゼに対し硫酸アルミニウム400mgを注入した。オゾン酸化処理は、山口ら8）は硝酸イオンによるものと考えられるが、このピークが変化していないことから硝酸性窒素は凝集処理ではの方法に従った。オゾン化空気（オゾン感度3．Omg／はとんど除去されないことが示される。これほ、イオゼ）を二次処理水1βに対し44ゼ、凝集処理水1ゼにンクロマトグラフィーを用いて試料の硝酸イオンを測対し25ゼそれぞれ通気した。各処理水を4倍濃縮して定した結果と一致した。次に、二次処理水とオゾン酸試料とした。二次処理水、凝集処理水、オゾン酸化処化処理水を比較すると、オゾン酸化処理水のTOCの理水、凝集＋オゾン酸化処理7kのTOC濃度はそれぞピークは、二次処理水のピークと比べて200粛付近で 2 のUUdq﹂ロS芸つ■ ：ud﹄﹂芸名 0 0 ∧リ ▲〓V 〓＼冒一日2 2 禦ご〓這﹂ロヱ亘 2 誓言雪ご占讐芸 ∧U 0 ｛ 18 ＼ ⊂：J】 ∈ −二＝＿」亡−〕 ∈コト￣ 2Q 図6 し尿の2次処理水及び高度処理水のゲルクロマトグラム溶離液：蒸留水 −88− は減少し、300mg付近では増加している。これは、オ 5）L．Fischer著，永井裕，杯利彦訳＝ゲルクロマトゾン酸化により高分子量の有植物質の分子が切断され、低分子化が起きたためと考えられる。また、凝集処理グラフィー，東京化学同人，1974 6）R．A．van Steenderen and A．Malherbe：The 後、さらにオゾン酸化処理を行った場合のクロマトグ MolecularMassDistributionofOrganic ラムを見ると、TOC、A22。のピークは凝集処理のみ CompoundslnActivatedSludgePlant の場合とはとんど変わらないが、A26。のピーク全体 EffluentDeterminedbyMeansofGel は低くなっている。オゾンが260n皿の波長の光を吸 PermeationChromatography，WaterRes．，16，収する物質、すなわち、処理水中に存在る有機分子中 745−748，1982． 7）埼玉県川越土木事務所，日本上下水道設計株式会の不飽和結合と反応しやすいことが分かる。社：不老川の浄化対策に伴う浄化実験調査および実 5 結語施プラントの検討報告書，昭和62年3月今回作成したシステムを用いることにより、ゲルク 8）山口明男ら：オゾンによる染色排水の処理の研究ロマトグラフィーにおけるUV、TOCの測定、データの蓄積、作図による解析を精度よく、簡単迅速に行うことが可能となった。また、庖出癖はTOC測定にごく微量使用されるだけなので、フクラションコレクターに分取後、他の特定成分の分析に供することが可能であることも大きなメリットであると考えられる。ゲルクロマトグラフィーの場合溶出液量が多いことを生かして画群に対する情報を増やしていくことが必要だと思われる。一方、ゲルクロマトグラムのパターン解析を主として考えた場合、短時間で測定が行える高速ケルクロマトグラフィーが有効な手段として注目されている。現在では、検出器として主にUV、RIが用いられているが、有機物絶対量を示し得るTOCを検出器として接続で垂るように改良し、ゲルクロマトゲラフについて今回作成したシステムと同等のものを、高速ゲルクロマトグラフについても作成することを検討Lている。文献 1）亀井翼・丹保憲仁：水質のマトリックス的評価のためのゲルクロマトグラフィー，水道協会雑誌、〔519〕，24¶41，1977． 2）丹保憲仁ら：好気性生物化学プロセスからの代謝廃成分の挙動と性質（Ⅰ），下水道協会諾，〔210〕 1−10，1981． 3）富士元英二ら：ゲルろ過法による高度処理プロセスの評価，用水と廃水，2軋乳1284−1294，1984． 4）R．Gloor et al．：ExcluslOn Chromatography wlth Carbon 二DetectlOn．A Toolfor Further CharacterizatlOnOfDISSOIvedOrganlC Carbon，Water Res．，15，457−462，1981．】 89− （第2報），埼玉県公害センター年報，〔13〕，94− 99，1986．